Обнаружение нового типа осцилляций нейтрино

Секция: «Физика»

Научно - исследовательская работа

Тема:

Изучение солнечной частицы – нейтрино и зависимости интенсивности космического излучения от атмосферного давления в Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН

Жашуев Алим

ученик 11 класса, МОУ «Лицей №1» г. Тырныауз, Эльбрусский район, КБР

руководитель: учитель

Тырныауз

2012г.

Содержание

I.Введение _____________________________________ стр. 3

II. Проблема солнечных нейтрино

Открытие нейтрино

Эксперимент Дэвиса. Масса нейтрино

Существует ли проблема солнечных нейтрино.

Эксперименты по обнаружению нейтрино

III. Институт ядерных исследований РАН, г. Москва и филиал Баксанская нейтринная обсерватория Института ядерных исследований РАН

3.1 Частица - призрак: нейтрино. Охотники за нейтрино

3.2. Инновационная деятельность и реализация разработок БНО на практике. Подземные детекторы нейтрино

Обнаружение нового типа осцилляций нейтрино

3.4. Нейтрино избавит мир от ядерной угрозы?

III. Заключение____________________________________ 24

IV. Литература ____________________________________ 26

V. Приложение ____________________________________ 27

ВВЕДЕНИЕ

Тема нашей работы:

Является очень интересной и актуальной на современном этапе развития научной мысли о строении Вселенной. А так как, я собираюсь посвятить свою жизнь науке и именно изучению элементарных частиц и изобретению новых видов энергии, я, конечно же, не мог не увлечься изучением загадочной и неуловимой частицей -нейтрино. Тем более у нас имеется возможность заниматься сбором материала по этой теме, так как Баксанская нейтринная обсерватория ИЯИ РАН находится всего в 15 километрах от нашего города Тырныауза.

Цель нашей работы:

Заключалась в ознакомлении с новейшими разработками и статьями ученых мира о частице нейтрино, которые доказывают в своих трудах и экспериментах, что инертные частицы нейтрино способны двигаться со скоростью света; 2. изучить исследования, проводимые в Баксанской нейтринной обсерватории Института ядерных исследований РАН, узнать историю создания обсерватории и написать такой доклад, который можно было бы использовать как дополнительный материал на уроках физики и классных часах, посвященных науке.

В этом заключается практическая направленность нашей работы. Предметом нашего изучения являются научные изыскания ученых о мельчайшей частице материи - нейтрино. Объектом работы – «Баксанская нейтринная обсерватория Института ядерных исследований РАН». Для того, чтобы получить наиболее полную информацию для нашей работы мы использовали материалы Интернет-ресурсов, научные труды известных наших и зарубежных физиков по изучении строения материи, а также источником научной информации являлись статьи и интервью, заведующего Баксанской обсерватории: доктора физико-математических наук Кузьминова В.В

Интересный факт: Пока мы прочитали название нашей работы через наше тело беспрепятственно пролетело 100¹⁴ нейтрино. Путь в 732 км нейтрино преодолевают за 2,5 миллисекунды. (7)

Свою работу я начну с объяснения, почему мне интересен мир элементарных частиц, почему я обращаю взор свой в космос... Слово «космос» в переводе с греческого языка означает «мир», «Вселенная». От греков слово «космос» перешло в современную науку, как синоним Вселенной. Космос включает в себя межпланетное, межзвёздное, межгалактическое пространство со всеми находящимися в нём объектами. Космос – это огромное пространство, и он становится всё больше и больше. Вся наша Солнечная система представляет собой только незначительную часть космоса. Всё, что происходит в космосе, влияет на объекты, находящиеся в нём, то есть и на каждого из нас.
Изучение того, что происходит в космосе, помогает людям на Земле принимать необходимые меры по сохранению жизни. Запущенные с Земли космические корабли направлены к различным планетам Солнечной системы: Марсу, Сатурну, Венере, Плутону и другим. А на Луне уже побывали не только космические корабли, но и люди. Вселенная, или космос, – это весь окружающий нас мир. Все небесные тела проходят сложный путь развития. Но как бы они ни менялись, то, из чего они состоят (материя), неуничтожимо, поэтому Вселенная не только бесконечна, но и вечна. А как интересна с точки зрения физики и философии вечно меняющая во времени и пространстве суть всего сущего – материя. Какая лаконичная непостижимая и фантастическая красота заключается в строении вселенной материи и ее элементарных частиц. В частности, нас сейчас интересует неуловимая солнечная частица- нейтрино. Эксперимент OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) изучает самые инертные частицы Вселенной — нейтрино. Они настолько инертны, что могут пролететь насквозь через весь Земной шар, звезды и планеты, а для того, чтобы они ударились в преграду из железа, размер этой преграды должен быть от Солнца до Юпитера. Каждую секунду через тело каждого человека на Земле проходит порядка 10¹⁴ нейтрино, испущенных Солнцем. Вероятность того, что хотя бы одно из них ударится в ткани человека на протяжении всей его жизни, стремится к нулю. По этим причинам регистрировать и изучать нейтрино чрезвычайно трудно. Лаборатории, которые этим занимаются, находятся глубоко под горами и даже подо льдами Антарктиды. В чем же заключается проблема солнечных нейтрино, которая до недавнего времени была одной из важнейших проблем астрономии? А в том, что необходимо было точное знание внутреннего строения и эволюции звезд. И эта проблема решалась совместными усилиями астрофизиков-теоретиков и астрономов-наблюдателей. Эта проблема никоим образом не могла быть решена без непрерывного контроля выводов теории астрономическими наблюдениями. Особенно большое значение для теории имел анализ прецизионных наблюдений блеска и цвета звезд, входящих в состав скоплений. Считалось и считается, что справедливость теории внутреннего строения и эволюции звезд объясняется возможностью на основе этой теории объяснить ряд тонких особенностей для различных скоплений звезд, имеющих различный возраст. Все это так! Но нужно было что-то более существенное. В идеале было бы неплохо иметь возможность непосредственно получить основные характеристики звездных недр путем прямых наблюдений. Еще сравнительно недавно сама возможность “заглянуть” в недра звезд представлялась по меньшей мере совершенно фантастической. Огромная толща вещества звезды делает ее непрозрачной для всех видов э/м излучения, включая самые жесткие гамма-лучи. Миллионы лет требуются квантам, генерируемым в центральных областях звезд, чтобы просочиться к поверхностным слоям и выйти наружу в межзвездное пространство. За это время кванты, взаимодействуя с веществом звезды, испытывают огромное количество поглощений и переизлучений, претерпевая при этом серьезные трансформации. Если первоначально их частоты соответствовали рентгеновскому диапазону, то, выходя из поверхности звезды, они становятся гораздо “мягче” и их частоты лежат уже в оптическом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах. Другими словами их свойства уже совсем не отражают свойств среды, в которой они первоначально возникли. Казалось бы, нет никакой возможности получить какую-либо информацию непосредственно из недр звезды. Однако развитие физики в нашем столетии совершенно неожиданно открыло возможность хотя бы в принципе подойти к решению этой, считавшейся неразрешимой проблемы. (4)

До начала 30-х годов прошлого столетия никто не подозревал о
существовании нейтрино. Они родились на кончике пера швейцарского физика- теоретика В. Паули в 1931 году в трудной и неясной ситуации, царившей в физике в то время. А ситуация была такая: эксперименты показали, что при испускании электронов атомными ядрами либо не соблюдается известный всем закон сохранения энергии, либо куда-то уносится энергия. Чтобы пояснить всю остроту положения, достаточно сказать, что даже сам Н. Бор допускал возможность нарушения закона сохранения энергии в микромире. Однако Паули нашел объяснение этому парадоксу, допустив существование нейтрино –частицы, являющейся, как выяснилось позже, главным действующим лицом во многих ядерных спектаклях, происходящих как на Земле, так и в космосе. Благодаря нейтрино недостаток энергии, обнаруженный в опытах по бета- распаду, легко объяснялся: энергию уносили нейтрино. Тем самым краеугольный камень физики – закон сохранения энергии – был спасен. "Крестным отцом"
нейтрино стал известный итальянский физик Э. Ферми: именно он дал новой
частице имя, означающее по-итальянски "малая нейтральная частица",
"маленький нейтрон". Он же предсказал ряд ее свойств. Около четверти века нейтрино существовали только в формулах теоретической физики. Впервые их зарегистрировали американские ученые Ф. Райнес и К. Коуэн в экспериментах 1953 – 1956 гг., поместив сложную
экспериментальную установку под "град" нейтрино, источником которых был мощный ядерный реактор. Уже первые эксперименты подтвердили свойства этих частиц, предсказанные теорией. Нейтрино перестали быть мифом и теперь являются полноправными элементарными частицами. Бурное развитие техники физического эксперимента за последние несколько десятков лет сделало возможными эксперименты по регистрации нейтрино, рожденных в естественных условиях, возникла новая область науки – нейтринная астрофизика. Первым объектом изучения стало наше Солнце.(2)

И как мы писали выше, открытие нейтрино-распада, выдвинул смелую гипотезу о существовании новой элементарной частицы. “нейтрино”, которая должна обладать массой покоя ничтожно малой, скорее всего, даже нулевой. Важнейшим отличительным свойством нейтрино является их огромнейшая проникающая способность. Сечение взаимодействия нейтрино с веществом растет с ростом энергии нейтрино. Общее количество фоновых нейтрино неизвестно, и оно может быть так же велико, как и количество фотонов. Нейтрино образуются при превращениях атомных ядер: в Земле в процессах распадов, в атмосфере при бомбардировке космическими лучами, в Солнце и в звездах. Регистрируют нейтрино с помощью нейтринных обсерваторий, приборов, расположенных глубоко под землей, в шахтах. Земля не является преградой для нейтрино, но задерживает всевозможные помехи, которые существуют на ее поверхности. То есть, чем глубже находится нейтринный "телескоп", тем меньше посторонние помехи. Хотя радиоактивный фон и фон реликтовых нейтрино существует и глубоко под земной поверхностью. По этим причинам, еще раз повторимся, нейтрино должны обладать совершенно исключительной способностью проникать через огромные толщи вещества. Подсчитано, что без заметного поглощения пучок нейтрино с энергией в миллион вольт может пройти через стальную плиту, толщина которой в сотню раз превосходит расстояние от Земли до ближайших звезд! Ясно, что для таких частиц пройти “насквозь” через любую звезду, как говорится, “пустое дело”... После этого открытия физика нейтрино значительно продвинулась вперед. Как и всякая “порядочная” элементарная частица, нейтрино обладает “двойником” - античастицей, получившей название “антинейтрино”. Выдающийся русский физик академик Б. М. Понтекорво теоретически предсказал существование двух сортов нейтрино - “электронных” и ”мюонных”. Очень скоро это предсказание блестяще оправдалось на опыте. Вскоре было открыто также тау - нейтрино. Понтекорво был также первым, кто указал на важность нейтрино для изучения звездных и в первую очередь солнечных недр.[ Эксперимент Дэвиса. (3)]

Теория термоядерных реакций, происходящих
в центральных областях Солнца, позволяет надежно оценить величину потока солнечных нейтрино на Земле. В самом деле, суть термоядерных реакций, происходящих в недрах нашего светила, сводится к тому, что четыре протона объединяются в одну альфа - частицу. При этом испускаются два нейтрино. При каждом таком “объединении” выделяется около 25 мегавольт энергии, которая в конечном счете выделяется в межзвездное пространство, обеспечивая светимость солнца. Поэтому полное количество нейтрино, образующихся в недрах Солнца,, а поток их на Земле. Это огромная величина. Мы буквально “купаемся” в потоке солнечных нейтрино.
Однако ничтожно малая вероятность взаимодействия нейтрино с веществом делает эксперименты по их обнаружению исключительно трудными. Идея такого эксперимента была предложена еще в 1946 г. Понтекорво. Обнаружение нейтрино может быть основано на реакции: где - устойчивый изотоп хлора, а - радиоактивный изотоп аргона. Эта реакция называется “обратный бета-распад”. Хотя вероятность поглощения нейтрино изотопом хлора весьма мала, все же на практике она до недавнего времени оказывалась единственно возможной для обнаружения солнечных нейтрино. В качестве “рабочего вещества”, достаточно богатого изотопом “хлор-37”, начиная с 1955 г. использовалась и используется до сих пор прозрачная жидкость перхлорэтилен. Эта довольно дешевая жидкость широко используется в бытовой химии как средство очистки поверхностей. Первые опыты по обнаружению нейтрино таким методом были “нацелены” отнюдь не на Солнце, а на ядерные реакторы, излучающие огромное количество нейтрино. Задачей этих опытов, поставленных американским физиком Дэвисом, было “научиться” различать нейтрино и антинейтрино. Последние изотопом не поглощаются. В качестве детектора Дэвис использовал сравнительно небольшую емкость в 3900 литров перхлорэтилена. Сущность эксперимента состояла в оценке количества ядер радиоактивного изотопа, которые образуются в емкости. Такая оценка производится методами современной радиохимии. Хотя основная цель эксперимента и не имела отношения к астрономии, тем не менее, как “побочный продукт”, Девис впервые получил оценку верхней границы потока солнечных нейтрино, которая, конечно, была еще слишком груба. Чувствительность первого эксперимента Дэвиса была примерно в тысячу раз ниже ожидаемого потока солнечных нейтрино в том диапазоне энергии, который поглощается изотопом (3)
Начиная с 1955 г. Дэвис и его сотрудники упорно работали над повышением чувствительности перхлорэтиленового детектора нейтрино. В результате их усилий чувствительность детектора увеличилась почти в 30000 раз!. В его современном виде нейтринный детектор представляет собой грандиозное сооружение. Гигантский резервуар, наполненный жидким перхлорэтиленом, имеет объем около 400 кубометров, что близко к объему нормального 25-метрового плавательного бассейна. Установка расположена на дне глубокой старой шахты, пробитой в скальном грунте. Глубина шахты превышает 1,5 км, что соответствует экранировке установки эквивалентным слоем воды толщиной около 4,5 км. Расположение детектора глубоко под землей диктуется необходимостью свести к минимуму помехи, приводящие к образованию радиоактивных изотопов аргона без поглощения ядрами хлора нейтрино.. Возможные ошибки здесь вряд ли превышают 10%. Более серьезным является вопрос о точности ныне принятой модели внутренних областей Солнца. От этой модели зависит энергетический спектр солнечных нейтрино, а следовательно, и количество образовавшихся в бассейне перхлорэтилена изотопов радиоактивного аргона. В принципе при современном уровне теории модель любой звезды, находящейся на главной последовательности, может быть построена достаточно точно, если известна масса звезды и распределение ее химсостава по всей толще. Для Солнца масса известна с высокой точностью, в то время как имеется достаточно большая неопределенность в распределении его химического состава

III Баксанская нейтринная обсерватория Института ядерных исследований РАН: краткая история создания обсерватории

А сейчас мы более подробно расскажем, что делается в научной работе по этому направлению именно у нас на Баксанской нейтринной обсерватории ядерных исследований РАН. Немного истории. Баксанская нейтринная обсерватория (БНО) входит в состав КБНЦ РАН, являясь структурным подразделением и экспериментальной базой Института ядерных исследований РАН, на которой проводятся исследования в области физики атомного ядра, элементарных частиц, физики космических лучей и нейтринной астрофизики. За этими воротами — крупнейший в России подземный научный центр — Баксанская нейтринная обсерватория. Здесь, глубоко под горой, уже почти 40 лет изучают нейтрино. «Нейтрино — одна из основных частиц, которые присутствуют в космосе в достаточно больших количествах. Испускается любыми звёздами. Процессы горения сопровождаются излучением нейтрино. Они летят к нам из дальних уголков Вселенной. Особенно много — от Солнца. Нейтрино несут в себе информацию о строении светила, тайнах возникновения Галактики и «чёрных дырах». Мощный и бесконечный поток. Более 100 триллионов этих неуловимых частиц пронизывают каждого из нас ежесекундно. Её называют «частица-призрак».

В настоящее время в штате Oбсерватории 29 научных сотрудников, активно ведущих научную работу (2 доктора и 14 кандидатов физико-математических наук).

В состав Обсерватории входят следующие научные подразделения:

• Баксанский подземный сцинтилляционный телескоп;
• «КОВЕР-2» - комплексная установка для регистрации широких атмосферных ливней.
• «АНДЫРЧИ» - нагорная установка для регистрации широких атмосферных ливней;
• галлий-германиевый нейтринный телескоп;
• низкофоновая лаборатория № 1;
• низкофоновая лаборатория № 2;
• низкофоновая лаборатория глубокого заложения. (11)

Основные результаты научных исследований

1. Галлий-германиевый нейтринный телескоп Баксанской нейтринной обсерва­тории в настоящее время является единственным в мире телескопом, обеспечи­вающим измерение скорости фундаментальной протон-протонной реакции тер­моядерного синтеза в Солнце, в которой генерируется подавляющая часть сол­нечной энергии, а также рождается подавляющая часть нейтринного потока.

Полученное в исследованиях на телескопе экспериментальное подтвержде­ние теоретических представлений об основных процессах, протекающих в Солнце, а также о нетривиальных, таких как осцилляции, свойствах нейтрино, является выдающимся достижением последнего времени.

Набранная в измерениях на галлиевой мишени за 17-летний период стати­стика показывает, что в ранний период до 1998 года величина потока более чем на два стандартных отклонения превышает величину потока после 1998 года.. Наблюдаемое изменение потока может быть связано с неизвестными, свя­занными с осцилляциями, или другими свойствами нейтрино, а также с вариа­циями скорости термоядерных процессов в Солнце, предположение существо­вания вариации скорости термоядерных реакций в Солнце противоречит Стан­дартной Солнечной Модели, которая подтверждена всеми существующими экс­периментальными данными. Однако, если вариации существуют, то это не мо­жет не оказывать заметного влияния на земные условия.

2. Изучение адронной компоненты ШАЛ на установке «Ковер-2».

При регистрации ШАЛ с осями в "Ковре" в Мюоном детекторе были обнаруже­ны события, представляющие собой пятно сработавших детекторов с большим энерговыделением (> 10 час-тиц). Было показано, что эти пятна вызваны адронами ШАЛ.

разработана оригинальная методика выделения событий, вызванных адронами из состава ШАЛ, на мюонном детекторе;

изучены характеристики адронной компоненты ШАЛ.

3. С 2003 года на установке «Ковер-2» осуществляется эксперимент по регистрации адронной компоненты ШАЛ по уникальной методике. В рамках проведе­ния эксперимента в ходе выполнения анализа экспериментальных данных было обнаружено новое физическое явление, находящееся на стыке ядерной физики и геофизики - радон-нейтронные приливные волны.

Глобальное изучение обнаруженного природного явления может дать допол­нительные сведения о геодинамике литосферы Земли.

Обнаруженный эффект свидетельствует о том, что развиваемая и применяемая инновационная методика может быть использована при выполнении при­кладных геофизических исследований, связанных с радоновым мониторингом окружающей среды, а также с сейсмической активностью (11)

Исследование вариаций потоков вторичных космических лучей является одним из задач, решаемых на установке «Ковер-2».Эти исследования невозможны без правильного учета влияния метеорологических факторов на вариации µ- мезонов.

Мне удалось принять участие в исследовании зависимости интенсивности космического излучения от атмосферного давления.

Измерение атмосферного давления проводится тремя барометрами. В этой работе используются данные с датчика Motorolla –MDX4100A, с точностью измерения 0.2 мм.рт.ст. Для калибровки данных используется барометр –анероид

C повышением давления воздуха в точке наблюдения на 1 мм.рт.ст интенсивность мюонов понижается на 0.35%. Это объясняется поглощением космического излучения в атмосфере, масса, которой над местом наблюдения меняется в соответствии с изменением давления.

Т.к. мюоны нестабильны и рождаются в верхних слоях атмосферы, по прохождении первичными частицами определенной массы воздуха. Поэтому при нагревании и соответственно расширении атмосферы уровень генерации мюонов должна расти, геометрический путь их до земной поверхности увеличивается и интенсивность их падает.

n Большие непрерывные площади детекторов электронов и мюонов установки «Ковер-2», позволяют регистрировать одиночную компоненту вторичных космических лучей с высокой статистической точностью, Для одиночных µ- мезонов интегральный темп счета на установке «Ковер» равен 40 КГц, что соответствует статистической ошибке измерения 0.5% за сек. и соответственно 0.0008% за 1 час. Это дает возможность регистрации колебаний давления атмосферы с периодом порядка часа и амплитудами более 0.001%.

n Заключение

n 1. Высокая чувствительность установки «Ковер-2» к микровариациям интенсивности вторичных космических лучей, позволяет регистрацию колебаний атмосферного давления с периодами порядка 1часа и с амплитудами ~0.001 %

В заключение нашей беседы Джаппуев Д.Д., объяснил суть проводимых экспериментов учеными мира, а так же эксперименты, проводимые в БНО

«Результат, полученный в эксперименте Т2К, безусловно, является знаменательным событием в нейтринной физике. От результатов Т2К в значительной степени зависит дальнейшее развитие исследований с ускорительными и реакторными нейтрино. Вместе с результатами других экспериментов Т2К существенно улучшает наше понимание свойств нейтрино, и вполне вероятно, что мы стоим на пороге нового, исключительного интересного этапа в нейтринной физике. Эти исследования могут пролить свет на проблему объединения кварков и лептонов, а также на роль нейтрино в возникновении барионной асимметрии Вселенной, т.е. явиться ключом к разгадке одной из тайн природы о преобладании вещества над антивеществом во Вселенной. Как это уже случалось не раз в нейтринной физике, возможно появление новых и, весьма вероятно, совершенно неожиданных результатов» (13)

Нейтрино избавит мир от ядерной угрозы?

Необычное предложение поступило от физиков, работающих в японской лаборатории КЕК и в Гавайском университете США. Ученые придумали практическое применение одной из фундаментальных частиц мироздания – нейтрино: при определенном техническом прогрессе в будущем пучок нейтрино можно будет использовать для обнаружения и уничтожения ядерного оружия противника. Причем "стрелять" нейтринная пушка сможет с противоположной стороны Земли, пронизывая планету насквозь. (9)

На ум сразу приходят гиперболоид инженера Гарина и сцены из "Звездных войн". Однако ученые, хоть и признают, что на сегодня идея звучит дико, считают, что в будущем проект может быть вполне выполнимым.

История нейтрино - одна из самых увлекательных в физике частиц. Чего стоят одни лишь споры вокруг ее массы. Само открытие нейтрино также было необычным. Частица была придумана швейцарским физиком Вольфганом Паули в 1930 году в отчаянной попытке спасти закон сохранения энергии, так как последние эксперименты по изучению бета-распада указывали на его нарушение. (9)

Для того, чтобы сгладить расхождения между теорией и практикой, Паули была введена гипотетическая электрически нейтральная частица. Частицу назвали нейтрон. Однако после открытия в 1932 году другой массивной нейтральной частицы, которую мы сейчас знаем под этим именем, Энрико Ферми предложил переименовать частицу в нейтрино - уменьшительным словом от нейтрона.

Вопрос о том, имеет ли частица массу или нет, будоражил научные круги в течение многих десятилетий. Согласно последним экспериментам, нейтрино все же имеет массу покоя в миллионы, а, возможно, и в миллиарды раз меньше массы электрона. Еще одна уникальная способность нейтрино - ее огромная проникающая способность. Именно на этом основаны все современные эксперименты по ее изучению. Для нейтрино нет преград

Пучками нейтрино уже давно пытаются стрелять из лаборатории в лабораторию по всему миру. Первые, кто осуществил подобный эксперимент, были именно сотрудники лаборатории КЕК. В 2005 году был запущен первый нейтринный пучок из одной точки Земли в другую на расстояние в 730 километров в рамках эксперимента "МИНОС". Нейтрино из лаборатории Ферми будут направляться в подземную лабораторию, расположенную в штате Миннесота, а из лаборатории CERN (Европейской организации ядерных исследований) - в лабораторию Гран-Сассо в Италии. В обоих случаях пучок будет пронизывать планету насквозь.

Основываясь на идее этих экспериментов, японские ученые подсчитали, что если энергия посылаемого через Землю пучка составит 1000 ТэВ, адронный ливень, возникающий при прохождении нейтрино через Землю, достигнув цели, вызовет цепную реакцию в ядерной начинке бомбы. Однако, так как процесс этот будет происходить медленно, то он приведет не к детонации бомбы, а к постепенному выгоранию части ядерного топлива. В результате масса топлива станет меньше критической, необходимой для ядерного взрыва. По словам ученых, процесс этот будет напоминать "испарение" ядерного материала.

Что касается обнаружения ядерного оружия, то на этот процесс могут потребоваться меньшие затраты и меньшие энергии. Пучком нейтрино можно сканировать поверхность Земли (причем изнутри), при этом возникающие продукты деления при взаимодействии адронного ливня с ядерной бомбой будут фиксироваться специальными детекторами. Идея заменить военных инспекторов нейтринными пушками звучит привлекательно, однако сработать она может лишь в том случае, если бомбы не запрятаны слишком глубоко в секретных подземельях.

Ученые подсчитали, что такой фантастический проект может обойтись в $100 млрд. Однако трудности, которые необходимо преодолеть при его реализации, заключаются не только в деньгах. Ускорительное кольцо, на котором можно будет произвести пучок нейтрино столь высокой энергии, превышает все существующие на сегодняшний момент в сотни раз. Но главное не размер, а энергия, необходимая для разового нажатия на спусковой крючок нейтринной пушки, - 50 ГВт. На сегодня это в два раза меньше, чем суммарная мощность всех электростанций России.

Есть и еще одна загвоздка - пока ученые не могут дать стопроцентной гарантии, что побочным эффектом нейтринной пушки не будет взрыв уничтожаемой ею бомбы. Хотя взрыв возможен лишь в том случае, если ядерная начинка хранится вместе с тротиловым детонатором. Согласно расчетам, эффект от взрыва при неблагоприятном развитии событий будет составлять 3% от полной детонации.

Это не первая попытка придумать практическое применение в будущем для нейтрино. В свое время пучки нейтрино предлагалось использовать для поиска новых месторождений нефти и для исследования строения недр Земли. (10)

Заключение

В заключение нашей работы нам хотелось бы сказать, что Нейтринная астрономия является новым разделом наблюдательной астрономии, связанным с поиском и исследованием потоков Нейтрино от источников внеземного происхождения. Нейтрино является единственным видом излучения, который приходит к земному наблюдателю из самых глубоких недр Солнца и звёзд и несёт в себе информацию об их внутренней структуре и о происходящих там процессах. Современные средства регистрации нейтрино допускают возможность обнаружения нейтринного излучения лишь от Солнца и сверхновых звёзд нашей Галактики Существование мощного потока нейтрино от Солнца вытекает из современной концепции происхождения и строения Солнца, согласно которой его светимость полностью обеспечивается энергией термоядерного превращения водорода в гелий в центральной области Солнца. (14)

Хотя солнечные нейтрино не были с достоверностью зарегистрированы, результаты экспериментов являются важным достижением

Нейтринные вспышки. Потоки нейтрино от др. «спокойных» звёзд, даже самых близких, очень малы и не могут быть зарегистрированы современными методами. Вместе с тем вполне осуществимой представляется задача наблюдения нейтринных вспышек от звёзд в момент их гравитационного коллапса. Наиболее вероятными объектами являются сверхновые звёзды нашей Галактики, непосредственно перед взрывом которых происходит коллапс центрального ядра. Необходимость исследования астрофизических явлений с участием нейтрино породила новую ветвь в астрофизике — нейтринную астрофизику. (14) Нейтронной астрономии и нейтринной астрофизики обещает дать ценную информацию не только о строении небесных тел, но по природе самого нейтрино и свойствах слабого взаимодействия. Наличие осцилляций имеет поистине фундаментальное значение. Они возможны лишь в том случае, если нейтрино во всех своих ипостасях обладают не нулевой массой. Ее величина еще точно не измерена; скорее всего, она составляет доли электрон-вольта, что как минимум в миллион раз меньше массы электрона. Однако сам факт, что она все-таки существует, позволяет объяснить асимметрию между материей и антиматерией. Рассказ о космических нейтрино окажется неполным, если не упомянуть, что помимо нейтрино высоких энергий, рожденных в недрах звезд и при взрывах сверхновых, в космосе имеются очень низкоэнергетические нейтрино, сохранившиеся от эпохи Большого взрыва. Расчетная плотность этих реликтовых частиц совпадает с плотностью реликтовых фотонов, но обнаружить их пока невозможно (не существует приборов). (15)

Ошеломляющие результаты о превышении скорости света подкреплены серьезной статистикой: лаборатория в Гран-Сассо наблюдала около 15 тыс. нейтрино. Ученые выяснили, что Нейтрино движутся со скоростью, на 20 миллионных долей превышающей скорость света — «непогрешимый» предел скорости. Этот результат стал для них неожиданностью, его объяснения пока не предложено. Естественно, для его опровержения или подтверждения требуются независимые эксперименты, проведенные другими группами на другом оборудовании, — этот принцип «двойного слепого контроля» реализован и на Большом адронном коллайдере CERN. Коллаборация OPERA незамедлительно опубликовала свои результаты, чтобы дать возможность коллегам по всему миру проверить их.
Масса нейтрино надавила на ученых. Нейтрино получил шанс доказать, что именно он и составляет «темную материю», из которой состоит большая часть Вселенной. Ученые из шести стран смогли зафиксировать предсказанную «cоветским итальянцем»... Вот что он пишет:«Эти данные стали полной неожиданностью. После месяцев сбора, анализа и очистки данных, а также перекрестных проверок мы не нашли ни в алгоритме обработке данных, ни в детекторе возможного источника системной ошибки. Поэтому мы публикуем наши результаты, продолжаем работу, а также надеемся, что независимые измерения других групп помогут понять природу этого наблюдения», — заявил руководитель эксперимента OPERA Антонио Эредитато из Университета Берна, слова которого приводит пресс-служба CERN. «Когда ученые-экспериментаторы обнаруживают некий неправдоподобный результат и не могут найти артефакта, который бы его объяснял, они обращаются к своим коллегам из других групп, чтобы началось более широкое исследование вопроса. Это хорошая научная традиция, и коллаборация OPERA сейчас следует ей. (8)

Я надеюсь, что в будущем, получив образование в институте физики, я займусь более плотно и глубоко изучением этой загадочной и неуловимой частицы, которая может изменить в корне представление человечества на происхождение Земли и Вселенной.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кочаров Г.Е. // Докл. АН СССР. 1964. Т. 156. № 4. С. 781.
2. Бокал Дж. // Нейтринная астрофизика. M., Мир, 1993.
3. Кузьмин В.А. // Журн. эксперим. и теорет. физики. 1965. № 496. С. 1532.
4. Шкловский А. Е. // Звезды. Рождение, жизнь и смерть звезд. М., Наука,
1982.
5.Нейтрино. Сб. ст., пер. с англ., М., 1970 (Современные проблемы физики); Бакал Дж., Солнечные нейтрино, «Успехи физических наук», 1970, т. 101, в. 4, с. 739—53; Азимов А., Нейтрино — призрачная частица атома, пер. с англ., М., 1969, с. 92—105.

6. Киппенхан Р. // 100 миллиардов звезд. М., Мир, 1990.

7. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/189.html

8. http://darkenergy.narod.ru/

9. http://www.physics.upenn.edu/~www/neutrino/

10. http://cupp.oulu.fi/neutrino/nd-sol.html

11. http://www.maths.qmw.ac.uk/~lms/research/neutrino.html

12. «Феномен нейтрино разгадан благодаря специальной теории относительности» http://globalscience.ru/article/read/19815/

13. Интервью, работника БНО, кандидата физико-математических наук Д.Д. Джаппуева

14.Нейтринный эксперимент Т2К: первые результаты
Ю. Г. Куденко
УФН, 181:9 (2011), 997–1004

15. Исследование нейтринных осцилляций в ускорительных экспериментах с длинной базой
Ю. Г. Куденко
УФН, 181:6 (2011), 569–594

Приложение

За этими воротами — крупнейший в России подземный научный центр — Баксанская нейтринная обсерватория. Здесь, глубоко под горой, уже почти 40 лет изучают нейтрино. «Нейтрино — одна из основных частиц, которые присутствуют в космосе в достаточно больших количествах. Испускается любыми звёздами. Процессы горения сопровождаются излучением нейтрино Они летят к нам из дальних уголков Вселенной. Особенно много — от Солнца. Нейтрино несут в себе информацию о строении светила, тайнах возникновения Галактики и «чёрных дырах». Мощный и бесконечный поток. Более 100 триллионов этих неуловимых частиц пронизывают каждого из нас ежесекундно. Её называют «частица-призрак».     Нейтрино — одна из самых больших загадок космоса. Необычны и методы её изучения. Посёлок недалеко от обсерватории тоже называется Нейтрино. Утром отсюда к горе Андырчи отправляются научные сотрудники. Физики идут на работу, ждут электровоз, садятся в него и въезжают в штольню. Вместо коридоров — две штольни. Длина одной из них — более четырёх километров. С каждой минутой электровоз приближается к центру горы. Вокруг трубы, провода, сложная система вентиляции — грандиозное сооружение, ставшее настоящим памятником ушедшей эпохе. В конце 60-х в Приэльбрусье началось строительство. А буква «М» у входа в обсерваторию — память о метростроевцах, прокладывавших тоннели внутри горы.   Подземное путешествие напоминает фантастический фильм. Первая остановка — лаборатория галлий-германиевого нейтринного телескопа. Работа здесь требует особой чистоты и внимательности. В этих реакторах — стратегический запас России: 60 тонн металла галлия. «Нейтрино отличается от всех других частиц прежде всего тем, что она практически не взаимодействует ни с чем. Исключением является галлий. Встретив ядро галлия нейтрино не могли пройти мимо и провзаимодействовали. В результате этого романа появилось ядро германия 71-го(71Ge).   Комплекс научных установок «Нейтрино» в Баксане.

Нейтринные обсерватории стремятся упрятать глубоко под землю, под воду или под лед. Километровые стены и крыша хорошо отсеивают различные помехи, но для всепроникающих нейтрино даже тысячи километров породы не создают значительного препятствия.

Японская обсерватория Super kamiokande расположена на глубине 1000 м в старой цинковой шахте моцуми в 180 км от Токио. Детектор обсерватории — стальной «стакан» с 50 000 т сверхчистой воды и набором из почти 13 000 вот таких сверхчувствительных фотоэлектронных умножителей, отслеживающих черенковское излучение от торможения порожденных нейтрино мюонов в воде.

Эксперимент Minos (Main Injector Neutrino Oscillation Search) предназначен для наблюдения нейтринных осцилляций. По разнице Эксперимент Minos (Main Injector Neutrino Oscillation Search) предназначен для наблюдения нейтринных осцилляций. По разнице в количестве зарегистрированных мюонных нейтрино с двух детекторов (один в Fermilab, второй — в 720 км от него, в Миннесоте) можно будет сделать вывод о наличии осцилляций. Изображение: «Популярная механика»

Вид с горы на Баксанскую нейтринную обсерваторию

В Приэльбрусье, у известнейшей в мире Баксанской нейтринной обсерватории

Молодой научный сотрудник БНО.

Баксанская нейтринная обсерватория

Поиск по сайту: